直流电路与交流电路-课件

专题四

电路与电磁感应知识体系内容索引NEIRONGSUOYIN高考题型1直流电路的分析与计算高考题型2交变电流的产生高考题型3变压器与远距离输电专题强化练第14课时直流电路与交流电路高考题型1直流电路的分析与计算直流电路动态分析的三种常用方法程序法R局

I总＝

U内＝I总r

U外＝E－U内

U支＝U外－I总R干

最后确定I支串联电路注意分析各部分的电压关系，并联电路注意分析各部分的电流关系.结论法：“串反并同”“串反”：指某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大).“并同”：指某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论例1

(2020·全国卷Ⅰ·17)图1(a)所示的电路中，K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC.如果UC随时间t的变化如图(b)所示，则下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图像中，正确的是考题示例图1√解析电阻R两端的电压UR＝IR，其中I为线路上的充电电流或放电电流.1～2s内，电容器充电，令I充＝I；2～3s内，电容器两端的电压不变，则电路中电流为0；结合UR＝IR可知，电阻R两端的电压随时间变化的图像与A对应.例2

(2016·全国卷Ⅱ·17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图2所示电路.开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2，Q1与Q2的比值为图2√解析S断开时等效电路图如图甲所示.S闭合时等效电路图如图乙所示.甲乙命题预测1.(2020·北京市高三一模)在如图3所示电路中，电源内阻不可忽略，电表均为理想电表.开关S闭合后，在滑动变阻器R2的滑动端由a向b缓慢滑动的过程中A.电压表的示数增大，电流表的示数减小B.电容器C所带电荷量减小C.R1消耗的电功率增大D.电源的输出功率一定增大√12图312解析滑动变阻器的滑动端由a向b缓慢滑动的过程中，R2接入电路中的阻值变大，总电阻变大，根据闭合电路的欧姆定律知，总电流减小，即电流表示数减小，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压U＝E－I(R1＋r)，总电流减小，R2的电压变大，即电压表示数增大，故A正确；电容器两端电压即电压表两端电压，由Q＝CU知，电压增大，电容器所带电荷量增多，故B错误；流过电阻R1的电流减小，由公式P＝I2R1可知，R1消耗的电功率变小，故C错误；12当外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，题干中没有明确外电阻与内阻的关系，故滑动变阻器R2的滑动端由a向b缓慢滑动的过程中，电源的输出功率不一定增大，故D错误.2.(多选)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图4所示.当汽车启动时，开关S闭合，电机工作，车灯突然变暗，此时A.车灯的电流变小B.路端电压变小C.电路的总电流变小D.电源的总功率变大√√√图4解析汽车启动时，车灯变暗，I灯减小，U灯减小，路端电压变小，则电路的总电流变大，故A、B正确，C错误；由P＝IE知电源的总功率变大，故D正确.12高考题型2交变电流的产生1.线圈通过中性面时的特点(1)穿过线圈的磁通量最大.(2)线圈中的感应电动势为零.(3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次.2.有效值的计算(2)非正弦式交变电流：计算有效值时，要根据串联电路中“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式，然后分段列式求得有效值.3.正弦式交流电“四值”的应用考题示例例3

(多选)(2019·天津卷·8)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Ф与时间t的关系图像如图5所示.下列说法正确的是图5√√解析由Ф－t图像可知，

时刻穿过线框的磁通量最大，则线框位于中性面，A错误；例4

(2018·全国卷Ⅲ·16)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正.该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图6所示.则Q方∶Q正等于图6√解析由有效值概念知，一个周期内产生热量故Q方∶Q正＝2∶1.命题预测3.在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图7甲所示.产生的交变电动势的图像如图乙所示，则A.t＝0.005s时线框的磁通量变化率为零B.t＝0.01s时线框平面与中性面重合C.线框产生的交变电动势有效值为311VD.线框产生的交变电动势频率为100Hz√34图73434由题图乙可知t＝0.01s时，e＝0，所以此时线框平面与中性面重合，故B正确；t＝0.005s时，e＝311V，由法拉第电磁感应定律可得磁通量的变化率不为零，故A错误.4.(2020·山东聊城市高三下学期二模)如图8所示，磁极N、S间的磁场看成匀强磁场，磁感应强度大小为B0，矩形线圈ABCD的面积为S，线圈共n匝，电阻为r，线圈通过滑环与理想交流电压表

和阻值为R的定值电阻相连，AB边与滑环E相连，CD边与滑环F相连.线圈绕垂直于磁感线的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动，图示位置恰好与磁感线方向垂直.以下说法正确的是A.线圈在图示位置时，电阻R中的电流方向为从M到NB.线圈从图示位置开始转过180°的过程中，

通过电阻R的电荷量为C.线圈转动一周的过程中克服安培力做的功

为D.线圈在图示位置时电压表示数为0√图834解析线圈在图示位置时，穿过线圈的磁通量最大，此时电流为0，故A错误；34高考题型3变压器与远距离输电1.变压器动态分析方法(1)变压器动态分析常见的两种情况：①负载电阻不变，匝数比变化；②匝数比不变，负载电阻变化.(2)处理此类问题应注意三点：①根据题意分清变量和不变量；②弄清“谁决定谁”的制约关系——电压是输入决定输出，电流和功率是输出决定输入.2.解决远距离输电问题的一般思路电路分析远距离输电线路由升压变压器、输电线、降压变压器和负载四部分组成电压关系升压变压器输入电压U1是不变的，根据

可以确定升压变压器的输出电压U2，输电线上有一定的电压损失，ΔU＝I2R.降压变压器输入端电压U3＝U2－ΔU，降压变压器输出电压由

确定功率关系升压变压器输入功率为P1，输电线上损失功率为ΔP＝I22R，降压变压器输出功率为P2，则P1＝P2＋ΔP＝P2＋I22R电流关系升压变压器输入电流由I1＝

确定，输出电流I2由＝确定，I2通过输电线传到降压变压器，即I3＝I2，降压变压器输出电流由

确定考题示例例5

(多选)(2020·全国卷Ⅲ·20)在图9(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10Ω，R3＝20Ω，各电表均为理想电表.已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示.下列说法正确的是A.所用交流电的频率为50HzB.电压表的示数为100VC.电流表的示数为1.0AD.变压器传输的电功率为15.0W√√图9解析根据i2－t图像可知T＝0.02s，则所用交流电的频率f＝

＝50Hz，故A正确；变压器传输的电功率P＝I22R2＋I2R3＝15.0W，故D正确.例6

(多选)(2020·全国Ⅱ·19)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低.我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术.假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电.输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′.不考虑其他因素的影响，则√√故A、D正确例7

(2016·全国卷Ⅰ·16)一含有理想变压器的电路如图10所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω，

为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为图10A.2B.3C.4D.5√命题预测5.(2020·广东东莞市线上检测)在如图11所示的电路中，变压器为理想变压器，电压表和电流表均为理想电表，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器.现将滑动变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2A，电流表A2的示数增大了0.8A，则下列说法正确的是A.该变压器起升压作用B.电压表V2示数增大C.电压表V3示数减小D.滑动变阻器滑片是沿d→c的方向滑动√图1156电压表V3的示数U3＝U2－I2R0由于U2不变，I2增大，则U3减小，故C正确；566.(多选)如图12所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，输电线电阻可等效为电阻r，L1、L2为两个规格相同的灯泡，且阻值不变.现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光.则下列说法正确的是A.仅闭合开关S，灯L1会变亮B.仅闭合开关S，r消耗的功率会变大C.仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小D.仅将滑片P上移，电流表示数会变小56图12√√56解析仅闭合开关S，负载电阻变小，变压器T2副线圈电流增大，根据交变电流规律知，T2原线圈电流增大，即输电线上电流增大，输电线上损耗的电压ΔU＝I2r增大，损耗的功率ΔP＝I22r增大，T2的输入电压U3＝U2－ΔU减小，所以U4减小，即灯L1两端电压减小，L1变暗，故A错误，B正确；56保分基础练专题强化练1.(2020·云南玉溪峨山县模拟)随着社会发展，人类对能源的需求日益增加，节能变得愈加重要.甲、乙两地采用电压U进行远距离输电，输电线上损耗的电功率为输入总功率的k倍(0<k<1).在保持输入总功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用5U的电压输电，若不考虑其他因素的影响，输电线上损耗的电功率将变为输入总功率的12345678910111213√123456789101112132.如图1甲所示，在匀强磁场中有一个n＝10匝的闭合矩形线圈绕轴匀速转动，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为5Ω，从图甲所示位置开始计时，通过线圈平面的磁通量随时间变化的图像如图乙所示，则A.线圈转动过程中消耗的电功率为10π2WB.在t＝0.2s时，线圈中的感应电动势为零，

且电流改变一次方向C.所产生的交变电流感应电动势的瞬时值

表达式为e＝10πsin(5πt)VD.线圈从图示位置转过90°时穿过线圈的磁通量变化最快12345678910111213√图11234567891011121312345678910111213从题图乙中可知在t＝0.2s时，磁通量为0，线圈中的感应电动势最大，电流方向不变，B错误；图示位置线圈平面与磁场方向平行，磁通量为0，磁通量的变化率最大，穿过线圈的磁通量变化最快，转过90°，磁通量最大，磁通量的变化率为0，D错误.3.(2020·山东卷·5)图2甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示.灯泡L的电阻恒为15Ω，额定电压为24V.定值电阻R1＝10Ω、R2＝5Ω，滑动变阻器R的最大阻值为10Ω.为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为A.1ΩB.5ΩC.6ΩD.8Ω图2√12345678910111213R1两端电压UR1＝U2－UL＝30V－24V＝6V通过R的电流IR＝I－I1＝1A可解得R＝1Ω，选项A正确.123456789101112134.(多选)如图3甲所示，电动势为E、内阻为r的电源与R＝8Ω的定值电阻、滑动变阻器RP、开关S组成闭合电路，已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图乙所示.下列说法正确的是A.电源的电动势E＝

，内阻r＝2ΩB.图乙中Rx＝25ΩC.当滑动变阻器的滑片向左移动时，

R上消耗的功率先增大后减小D.调整滑动变阻器RP的阻值可以得到

该电源的最大输出功率为1.28W√图3√123456789101112131234567891011121312345678910111213当滑动变阻器的滑片向左滑动时，其接入电路的电阻增大，则电路中电流减小，R上消耗的功率减小，C项错误；5.(2020·湖北宜昌市高三年级3月线上统一调研测试)两个完全相同的电热器，分别通以如图4甲、乙所示的交变电流，在一段相同且较长时间内，它们的发热量之比为Q1∶Q2＝4∶1，则I1∶I2等于图4√12345678910111213题图乙中正反向电流大小相等，电流的有效值为I2，故功率P2＝I22R因Q1∶Q2＝4∶1，Q1＝P1t，Q2＝P2t故I1∶I2＝4∶1.故选A.123456789101112136.(2018·天津卷·4)教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图5所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.若发电机线圈的转速变为原来的

，则图5√12345678910111213123456789101112137.(2020·江西上饶市高三第一次模拟)如图6甲，理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，副线圈电路接有滑动变阻器R和额定电压为12V、线圈电阻为2Ω的电动机M.原线圈输入的交流电压如图乙.闭合开关S，电动机正常工作，理想电流表示数为1A.下列说法正确的是A.副线圈两端的电压有效值为22VB.滑动变阻器R的接入电阻为10ΩC.电动机输出的机械功率为12WD.若电动机突然卡住，原线圈输入

功率将变小√12345678910111213图612345678910111213电动机输出的机械功率为P出＝IUM－I2r＝1×12W－12×2W＝10W，选项C错误；若电动机突然卡住，副线圈电流将变大，副线圈输出的功率变大，则原线圈输入功率将变大，选项D错误.8.(2020·浙江7月选考·11)如图7所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100kW，发电机的电压U1＝250V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220V.已知输电线上损失的功率P线＝5kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是A.发电机输出的电流I1＝40AB.输电线上的电流I线＝625AC.降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11D.用户得到的电流I4＝455A√图71234567891011121312345678910111213争分提能练9.(多选)(2020·河北高三零模)如图8所示，电路中定值电阻R的阻值大于电源内阻r的阻值，开关S闭合，将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3的示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表示数变化量的绝对值为ΔI，下列说法正确的是A.理想电压表V2的示数增大B.ΔU3>ΔU1>ΔU2C.电源的输出功率减小D.ΔU3与ΔI的比值不变√√12345678910111213图812345678910111213解析理想电压表内阻无穷大，相当于断路，理想电流表内阻为零，相当短路，所以定值电阻R与滑动变阻器串联，电压表V1、V2、V3分别测量R的电压、路端电压和滑动变阻器两端的电压.当滑动变阻器滑片向下滑动时，接入电路的电阻减小，电路中电流增大，内电压增大，路端电压减小，则V2的示数减小，故A错误；当内、外电阻相等时，电源的输出功率最大，故当滑动变阻器滑片向下滑动时，外电阻越来越接近内阻，故电源的输出功率在增大，故C错误；12345678910111213根据闭合电路的欧姆定律得U2＝E－Ir则得ΔU1＞ΔU2同理U3＝E－I(R＋r)则ΔU3＞ΔU1＞ΔU2，故B、D正确.10.(多选)(2020·内蒙古呼伦贝尔市海拉尔区高考模拟)在如图9甲所示的电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，外电路接有三个定值电阻R1＝2Ω、R2＝3Ω、R3＝6Ω，虚线框内的电路可等效为一个电源，如图乙所示，其等效电动势E′等于CD间未接入用电器时CD间的电压，若用导线直接将C、D两点连接起来，通过该导线的电流等于等效电源的短路电流.下列说法正确的是A.等效电源的电动势E′＝5VB.等效电源的短路电流为1.2AC.等效电源的内阻r′＝7.5ΩD.等效电源的最大输出功率为0.3W√√图912345678910111213123456789101112131234567891011121311.(多选)在如图10甲所示的电路中，L1、L2、L3为三个规格相同的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.当开关S闭合后，电路中的总电流为0.25A，则此时A.L1两端电压为L2两端电压的2倍B.L1消耗的电功率为0.75WC.L2的电阻为4ΩD.L1、L2消耗的电功率的比值大于12√12345678910111213√图1012345678910111213解析电路中的总电流为0.25A，L1中电流为0.25A，由小灯泡的伏安特性曲线可知，L1两端电压为3.0V，L1消耗的电功率为P1＝U1I1＝0.75W，选项B正确；根据并联电路规律，L2中电流为0.125A，由小灯泡的伏安特性曲线可知，L2